Nos están vendiendo que el vehículo eléctrico enchufable es el futuro y, hoy por hoy, eso es una mentira como un templo. Una opción que se postula como una de las más interesantes y viables es el motor de hidrógeno, un gas incoloro e inoloro que resulta tan limpio que sólo emite agua en su combustión -al añadir oxígeno al mismo, obtenemos H2O-.
Todas las etapas de la historia del automóvil han tenido algo en común: la carrera tecnológica hacia la rentabilidad y la eficiencia. En épocas pasadas, cuando el petróleo no era un problema y el consumo un simple dato, eran otros los motivos de competencia entre las marcas, tales como la potencia, el diseño, la durabilidad…
Sin embargo, en pleno 2021, con la obsesión por el consumo y la contaminación provocada por la Unión Europea y los temerosos usuarios, la búsqueda de nuevas fuentes de energía se ha convertido en el mayor desafío del transporte. Las marcas gastan millones en I+D, realizan planes estratégicos a corto, medio y largo plazo; adquieren las patentes potencialmente más beneficiosas…
Todo ello ha hecho aparecer todas las alternativas a la gasolina y el diésel que conocemos hoy en día. Actualmente, el fabricante que no cuide su huella en el planeta estará fuera del panorama automovilístico en un futuro cercano. Vehículos híbridos, eléctricos, de pila de hidrógeno o de gas, así como los combustibles sintéticos son la respuesta a las exigencias de la Unión Europea.
El hidrógeno es uno de los elementos más abundantes del universo y, como compuesto (ya que no existe prácticamente en su forma molecular), existe en cantidades incalculables, no como el cobalto para las baterías. Tras esta exposición de motivos, hoy quiero dedicar parte de mi tiempo a explicaros cómo funciona un motor de hidrógeno.
Cómo funciona un motor de hidrógeno
Los motores impulsados por hidrógeno son en realidad muy similares a los motores de combustión, pero existen algunas diferencias importantes, especialmente cuando diferenciamos un motor de combustión que emplea el hidrógeno como combustible o un motor de conversión de pila de combustible.
Vamos a hablar del primer tipo, es decir, de un motor de explosión que emplea el hidrógeno como combustible. Al igual que ocurre en un motor de gasolina de cuatro tiempos (los motores de dos tiempos son diferentes), el motor de combustión de hidrógeno emplea un diseño de cuatro tiempos para la admisión, compresión, ignición y escape. Es más, incluso produce el mismo tipo de sonido.
No voy a entrar en detalles de cómo funciona un motor de combustión, podéis verlo en este enlace.
Como sabrás, el hidrógeno es el combustible con mayor relación de energía por unidad de masa, pero su principal diferencia respecto a un motor de gasolina radica en que, en lugar de gases NOx tóxicos, los motores de hidrógeno producen agua como el principal producto de su ciclo de combustión.
Si bien es cierto que debido al calor producido por el motor todavía hay algunas emisiones nocivas de NOx, estas son muy inferiores a las de un motor de gasolina. Por otra parte y, dadas las diferencias entre ambos combustibles, los tipos de relaciones existentes entre aire-combustible, compresión, tiempo y energías de ignición son muy diferentes.
Por ejemplo, el hidrógeno puede tener una relación aire-combustible tan pobre como 180:1, pero una relación de compresión mucho más alta al tener un índice de octano más alto. El vídeo es bastante técnico y está en inglés, pero todo queda bien ilustrado, por lo que no es difícil de entender.
Ideal para el hidrógeno: El motor rotativo Wankel
Sabemos que el motor rotativo Wankel tiene muchos inconvenientes como motor de gasolina, pero la mayoría de estos inconvenientes se convierten en beneficios cuando utilizamos como combustible el hidrógeno. De hecho, la compañía nipona lo probó en su día con dos modelos que se vendieron brevemente en Japón, el Mazda RX-8 Hydrogen RE y el Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid.
El Mazda RX-8 Hydrogen RE empezó a rodar por la vía pública -en Japón- tras recibir la aprobación de las autoridades pertinentes (Ministerio de Infraestructuras, Tierra y Transporte) en Octubre de 2004. El modelo era un “zero” emisiones de CO2 y “zero” emisiones contaminantes.
Mazda fue el primer fabricante mundial en ofrecer leasing de esta clase de modelos de hidrógeno en Japón.
A diferencia del sistema empleado en el RX-8, el sistema del Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid contaba con el apoyo de un sistema híbrido que permitía al modelo obtener autonomías de hasta 200 km -el doble que el RX-8 de hidrógeno- y un 40% más de potencia -110 kW-.
El monovolumen contaba con un sistema de combustible dual que le permitía continuar su camino con gasolina si se quedaba sin hidrógeno. En los enlaces del primer párrafo podéis leer cuáles son los inconvenientes de este tipo de motores en combinación con la gasolina y cuál es su funcionamiento, de ahí que el retorno del motor rotativo Wankel vaya a ser muy diferente.
Sin embargo, en este otro vídeo de Jason Fenske podemos ver con detalle las razones por las cuales el motor rotativo es tan bueno para quemar hidrógeno y cómo los futuros vehículos podrían aprovechar sus beneficios. Para sus explicaciones, Fenske utiliza un pequeño motor fabricado gracias a la impresión 3D.
Esta tecnología que se está poniendo últimamente muy de moda entre los deportivos de altos vuelos (no hay más que ver cómo tortura Bugatti sus pinzas de freno de titanio). Para aquellos más curiosos, os dejo también aquí debajo otro vídeo en el que el protagonista de Engineering Explained construye y explica este pintoresco motor.
¿Por qué no hay motores de hidrógeno de combustión?
El hidrógeno produce prácticamente cero emisiones, entonces, ¿no podríamos usarlo en lugar de la gasolina? Pues la respuesta es más compleja de lo que cabría esperar. Que necesitamos encontrar un reemplazo para los combustibles fósiles es una realidad, y los fabricantes de automóviles están trabajando duro para encontrar soluciones a este dilema.
Como ya sabes, la mayoría de esas soluciones implica deshacerse de nuestros queridos motores de combustión interna para lanzarse de lleno al apasionante timo mundo de los coches eléctricos pero, ¿no podríamos rediseñar el motor de pistones tradicional para que funcione con algo más limpio, como el hidrógeno?
Como expone nuevamente Jason Fenske de Engineering Explained, si todo fuera tan sencillo, no sería muy bueno. Esencialmente, hay dos problemas en un motor de combustión interna de hidrógeno. Por una parte, el hidrógeno no es tan denso como otros combustibles, lo que significa que necesitamos mucha cantidad para ejecutar un trabajo mínimo.
Si eso lo combinamos con la ineficiencia inherente a un motor de pistones, que en el mejor de los casos solo está convirtiendo alrededor del 30% de la energía del combustible en movimiento, esto nos lleva a una tremenda decepción. Además, como ya mencioné más arriba, cuando se quema hidrógeno, también se obtienen algunas emisiones nocivas de NOx, como ocurre en los diésel.
Esa es la razón por la que se utiliza el hidrógeno en una pila de combustible para generar electricidad y no en los motores de combustión: son más limpios y mucho más eficientes. Además, los problemas de seguridad que acompañan al hidrógeno hacen que apenas haya infraestructura de recarga de vehículos de hidrógeno.
Por otra parte, podemos obtener el hidrógeno de diferentes compuestos, como de biomasa, del agua mediante electrólisis o de combustibles fósiles como el carbón, el petróleo o el gas natural. El problema es que actualmente el 96% del hidrógeno que se consume en el mundo se obtiene a partir de un combustible fósil (habitualmente a partir de reformado con vapor de gas natural), por lo que ni es renovable, ni es cero emisiones.
